气象学与气候学-周淑贞--考试重点

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1、气象学与气候学 复习重点大气圈概述： 大气的构成 大气是由多种气体混合构成的气体及浮在其中的液态和固态杂志构成（干洁空气 定义：大气中，除了水汽和液体、固体杂质外的整个混合气体。构成：氮、氧、氩、二氧化碳等，此外尚有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等稀有气体；氧气、臭氧、氮气的来源及作用：大气中的氧是一切生命所必须的，这是由于动物和植物都要进行呼吸，都要在氧化作用中得到热能以维持生命；大气中的氮气可以冲淡氧气，使氧气不至太浓，氧化作用但是于剧烈，大量的氮气可以通过豆科植物的根瘤菌固定到土壤中，成为植物体内不可缺少的养料；大气中的臭氧重要是由于在太阳的短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解成氧原子后再

2、和此外的氧分子结合而成的，此外有机物的氧化和雷电的作用也能形成臭氧，臭氧可以大量吸取太阳紫外线使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候的形成起着重要的作用。） 大气的构造 1. 对流层 气温随高度增长而减少；垂直对流运动；气象要素水品分布不均匀 2. 平流层 自对流层顶到55Km左右为平流层。在平流层内，随着温度的增高，气温最初保持不变或者微有上升，大概到30km以上，气温随着温度增长而明显提高，在55km高度可达-3摄氏度。平流层的这种气温分布特性是它受地面温度影响很小，特别是存在大量的臭氧可以直接吸取太阳辐射有关。虽然30km以上臭氧额的含量已逐渐减少，但这里的紫外线

3、辐射很强烈，故温度随高度增长迅速增长，导致明显的暖层。平流层内气流比较平稳，空气的垂直混合伙用明显削弱3. 中间层；热层；散逸层有关大气的物理性状：重要气象要素 气温；气压 湿度水汽压和饱和水汽压：大气中水汽所产生的那部分压强称为水汽压，在温度一定的状况下，单位体积空气的水汽量有一定的限度，如果水汽含量达到此限度，空气就呈饱和状态这是的空气称为饱和空气，其水汽压称为饱和水汽压；相对湿度；饱和差；比湿；水汽混合比；露点 降水；风；云量；能见度空气状态方程大气的热能和温度：太阳辐射 辐射的基本知识物体通过电磁波的方式向四周放射能量，这种能量传播方式称为辐射。通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称辐射

4、 太阳辐射太阳辐射穿过大气后的变化因素：特点：地面和大气的辐射 地面和大气长波辐射的特点长波辐射在大气中的传播过程与太阳辐射的传播有很大的不同。第一，太阳辐射中的直接辐射是作为直接的定向的平行辐射进入大气的，而地面和大气辐射是漫射辐射。第二，太阳辐射在大气中传播时，仅考虑大气对太阳辐射的消弱作用，而未考虑大气自身的辐射影响。第三，长波辐射在大气中传播时，可以不考虑散射作用大气的增温和冷却 海陆的增温和冷却的差别 空气的增温和冷却 空气的绝热过程 干绝热 湿绝热 干湿绝热直减率 湿空气的位温和假相称位温 空气温度的个别变化和局地变化（区别） 大气静力稳定度概念：大气稳定度是指气块受任意方向扰动后

5、，返回或者远离本来平衡位置的趋势和限度。判断大气稳定度的基本措施（用湿度来判断）大气中的水分 蒸发和凝结理解水相变化；饱和水汽压的概念，与温度的，蒸发面性质，蒸发面性状的关系 地表面的大气中的凝结现象露和霜；雾凇和雨凇（晶状雾凇和粒状雾凇）；云和雾；霜和霜冻；辐射雾、平流雾。积状云的形成：积状云多形成于夏季午后，孤立分散，云底平坦和顶部凹起的外貌形态。积状云的形成总是与不稳定大气中的对流上升云底相联系。有对流能否形成积云，除了取决于凝结的条件外，还取决于对流上升所能达到的高度。如果对流上升所能达到的高度高于凝结高度，则积状云形成。对流越强，对流上限高于凝结高度的差值就越大，积状云的厚度就越大。

6、对流上升区的水平范畴愈大，则积状云的水平范畴也愈大。层状云的形成：层状云是由于空气大规模的系统性上升运动而产生的，重要是锋面上的上升运动引起的。一般水平范畴大，上升速度只有0.1-1m/s，因持续时间长，能使空气上升好几千米。例如暖空气向冷空气一侧移动时，由于两者密度不同，稳定的暖湿空气沿冷空气斜坡缓缓滑升，绝热冷却形成层状云。 降水雨滴增长的物理过程：云滴凝结（或者凝华）增长：凝结(或凝华)增长过程是指云滴依托水汽分子在其表面上凝聚而增长的过程。在云的形成和发展阶段，由于云体继续上升，绝热冷却，或云外不断有水汽输入云中，使云内空气中的水汽压不小于云滴的饱和水汽压，因此云滴可以由水汽凝结(或凝

7、华)而增长。但是，一旦云滴表面产生凝结(或凝华)，水汽从空气中析出，空气湿度减小，云滴周边便不能维持过饱和状态，而使凝结(或凝华)停止。因此，一般状况下，云滴的凝结(或凝华)增长有一定的限度。而要使这种凝结(或凝华)增长不断地进行，还必须有水汽的扩散转移过程，即当云层内部存在着冰水云滴共存、冷暖云滴共存或大小云滴共存的任一种条件时，产生水汽从一种云滴转化至另一种云滴上的扩散转移过程。例如，在冰晶和过冷却水滴共存的混合云中，在温度相似的条件下，由于冰面饱和水汽压不不小于水面饱和水汽压，当空气中的既有水汽压介于两者之间时，过冷却水滴就会蒸发，水汽就转移凝华到冰晶上去、使冰晶不断增大，而过冷却水滴则

8、不断减小。当冷暖云滴共存或大小云滴共存时，同样也可发生这种现象，使冷(或大)的云滴不断增大。云滴的冲并增长：云滴常常处在运动之中，这就也许使它们发生冲并。大小云滴之间发生冲并而合并增大的过程，称为碰并增长过程雨和雪的形成雨的形成：由液态水滴（涉及过冷却水滴）所构成的云体称为水成云。水成云内如果具有了云滴增大为雨滴的条件，并使雨滴具有一定的下降速度，这是降落下来的就是雨或者毛毛雨。有冰晶构成的云体称为冰成云，而有水滴和冰晶共同构成的云称为混合云。从冰成云或者混合云中降下的冰晶或者雪花，下落到零度以上的气层内，融化后来也成为雨滴下落到地面，形成降雨雪的形成：在混合云中，由于冰水共存使冰晶不断凝华增

9、大，称为雪花。当云下温度低于零度时，雪花可以始终落到地面而形成降雪人工影响暖运降水大气运动 气压随高度和时间的变化气压随高度的变化变化规律及因素：主线因素是其上空大气柱中的空气质量的增多或减少。大气柱的质量的增减是大气柱厚度和密度变化的反映。当空气柱增厚、密度增大是，则空气质量增多，气压就升高。反之，气压则减小。因而，任何地方的气压值总是随着海拔高度的增高而递减.静力学基本方程；单位高度气压差；单位气压高差；压高方程气压随时间的变化（简朴描述）气压场等压线:等压线是同一水平面各个气压相等的点的连线；等压面：是空间气压相等的点构成的面。定量表达法：气压梯度和等压面坡度气压场的基本型式低气压：是由

10、闭合等压线构成的低气压区。气压值由中心向外逐渐增高，空间等压面向下凹陷，形如盆地。低压槽：是低气压延长出来的狭长区域。在低压槽中，各等压线弯曲最大处的连线称为槽线。气压值沿槽线向两边递增。槽线附近空间等压面类似地形中狭长的山沟，呈下凹状。高气压；高压脊鞍形气压场：是由两个高压和两个低压交错分布的中间区域，鞍形区空间等压面形似马鞍。气压系统的空间构造温压对称系统：由于温压场配备重叠（温度场的高温、低温中心分别与气压场的高压、低压中心重叠），因此该系统中的水平面上等温线和等压线是基本平行的。系统中涉及 暖性高压、冷性低压和暖性低压、冷性高压。温压不对称系统大气的水平运动和垂直运动作用于空气的力：气

11、压梯度力；地转偏向力；惯性离心力；摩擦力自由大气中风随高度的变化；摩擦层中空气的运动（看书P100，P102）空气的垂直运动对流运动：对流运动是由于某团空气温度与周边空气温度不等而引起的。当某空气团的温度高于周边空气温度时，气团获得了上浮力产生上升运动，升至上层向外扩散，而底层四周空气便随之辐合以补充上升气流，这样便形成了空气的对流运动，这种热力对流的水平尺度多在0.1-50km，是温度的低中纬度地区和温暖季节常常发生的空气运动现象。它的规模较小，维持时间短暂，但对大气中的热量水分固体杂质的垂直输送和云雨形成、天气发展演变具有重要作用。系统性垂直运动：是指由于水平气流的辐合、辐散、暖气流沿锋面

12、滑升以及气流受山脉的机械、阻滞等动力作用所引起的大范畴的较规则的上升或者下降运动。这种运动的垂直速度很小，但是范畴很广，并能维持较长时间，对天气的形成和演变产生重大影响。大气环流大气环流形成的重要因素： 太阳辐射作用 形成经向环流；地球自转作用 形成纬环流 形成纬向高压带和低压带 ；海陆分布作用 海洋和陆地的热力性质有很大差别，夏季，陆地上成为相对热源而冬季陆地成为相对冷源，这样直接影响到海陆间的气压分布，形成一种个闭合的高下压。对温度场的影响；地形作用：动力作用，当大规模气源爬到高原和高山时，常常在高山迎风侧受阻，导致空气质量辐合，形成高压脊，在高山背风侧，则有助于空气辐散，形成低压槽；热力

13、作用：例如青藏高原相对于四周自由大气来说，夏季时高原面是热源，冬季时是冷源，这种热力效应对南亚和东亚季风环流的形成、发展和维持有重要影响。可见，海陆和地形的共同作用，不仅使底层大气环流变得复杂，并且也是中高层大气环流有在特定区域浮现平均槽、脊的趋势。大气环流平均状况 平均纬向环流 1.大气环流最基本的状态： 盛行着以极地为中心的旋转的纬向环流，也就是东、西风带。2.对流层的中上层的状况 对流层的中上层，除赤道地区有东风外，各纬度几乎是一致的西风，并且西风跨越的纬距随着高度在扩大。 3近地面层的纬向环流分布 （1）高纬地区： 冬夏季都是一层很肤浅的东风带，称极地东风带。（2）中纬地区： 从地面向

14、上都是西风，称盛行西风带 （3）低纬地区： 自地面到高空是深厚的东风层，称热带东风带或信风带。（二）平均水平环流 水平环流是指纬向环流受到扰动后发展起来的槽、脊和高、低压环流。 1高空水平环流 高层的平均水平环流形式是西风带上存在着大尺度的平均槽、脊。2地面环流状况 副热带的高压有两个重要中心，一种在太平洋，一种在大西洋，范畴甚小，强度较弱。三、 大气环流的变化天气系统气团和锋一、气团 热力分类法（1）暖气团 但凡气团温度高于流经地区下垫面温度的 （2）冷气团 气团温度低于流经地区下垫面温度的 二、锋 （一）锋的概念 锋是冷、暖气团相交的地带。 常把锋区当作是一种几何面，称为锋面。 锋面与地面

15、的交线称为锋线. 锋面和锋线统称锋。 （二）锋的特性 可以把锋当作是气象要素的不持续面。 1.锋面坡度 锋面坡度的形成和维持是地球偏转力作用的成果。（三）锋的类型和天气 1.锋的类型 冷锋是冷气团前缘的锋. 暖锋是暖气团前沿的锋. 准静止锋是冷、暖气团势力相称时的锋。 锢囚锋是当冷锋赶上暖锋，两锋间暖空气被抬离地面锢囚到高空 时的锋。（1）暖锋天气 锋的坡度较小，约在1/150左右.降水重要发生在雨层云内，多是持续性降水。降水宽度随锋面坡度大小而变，一般300400km。 （2）冷锋天气 一型冷锋（缓行冷锋） 移动缓慢、锋面坡度较小（在1/100左右）; 云系与暖锋相似，序列与暖锋相反，云系和

16、雨区位于地面锋后; 云区和雨区比暖锋窄，多稳定性降水. 二型冷锋（急行冷锋） 移动快、坡度大（1/401/80）。 产生对流性降水天气 夏季时，空气受热不均，对流旺盛，冷锋移来时常常狂风骤起、乌云满天、暴雨倾盆、雷电交加，气象要素发生剧变。 （3）准静止锋天气 同暖锋天气类似，只是坡度比暖锋更小，沿锋面上滑的暖空气可以伸展到距锋线很远的地方，因此云区和降水区比暖锋更为广阔，降水强度比较小，持续时间长，也许导致绵绵细雨连日不止的连阴天气。分类：云系发展在锋上：天气和一型冷锋相似。云系发展在锋下：无明显降水。（4）锢囚锋天气 锢囚锋是由两条移动着的锋合并而成。因此它的天气仍保存着本来两条锋的天气特

17、性，中高纬天气系统（一）高空重要天气系统 ：长波、短波和闭合高压、低压系统。大气长波：是指波长较长、波幅较大、移动较慢、维持时间较长的波动。槽线至东边的脊线间称为“槽前脊后”，槽线到西边的脊线间称为“槽后脊前”。（二）阻塞高压和切断低压 阻塞高压和切断低压是大气长波在发展过程中槽脊加强、振幅加大演变而成的闭合系统.是中高纬度高空的重要天气系统。1.阻塞高压 简称阻高，是温压场比较对称的深厚的暖性高压。 形成：是西风带长波槽和脊在经向不断增大，直至暖脊被冷空气包围，并与 南面暖空气主体分离，所形成的闭合高压区。 特性：有闭合的高压中心，并位于50N以北;维持的平均时间为57天，有时可达20天以上

18、;沿纬向移动每天不超过78个经度，常呈准静止状态，有时甚至向西倒退。 天气：高压东部盛行偏北气流，有冷平流和下沉运动，天气以冷晴为主；西部盛行偏南气流，有暖平流和上升运动，天气较暖且多云雨。南北两侧多稳定的西风气流。2.切断低压（1）概念 是温压场构造比较对称的冷性气压系统。 是西风带长波槽不断加深、南伸，直至槽南端冷空气被暖空气包围并与北方冷空气主体脱离而形成的闭合低压。 （2）天气： 低压前部（东和东南侧）低层有冷暖空气交汇，常有锋面气旋波动发生，有云雨天气浮现； 后部（西侧）不断有冷空气南下，常有冷锋和切变线生成，有阵性降水浮现。 （四）高空低压槽和切变线1.高空低压槽 又称高空槽，是活

19、动在对流层中层西风带上的短波槽。 槽前盛行暖湿西南气流，常成云致雨；槽后盛行干冷的西北气流，多晴冷天气。 2.切变线 是指风向或风速分布的不持续线，是发生在850hPa或700hPa等压面上的天气系统。 切变线两侧风向构成气旋式切变，但两侧的温度梯度却很小，这是与锋的重要差别。切变线分类： 冷锋式切变线； 暖锋式切变线； 准静止锋式切变线。二、温带气旋和反气旋（一）概述1.概念 气旋是占有三度空间的中心气压比四周低的水平空气涡旋，又称低压。 反气旋是占有三度空间的、中心气压比四周高的水平空气涡旋，又称高压。低纬度天气系统一、副热带高压副高的构造 1垂直构造 （1）脊线的走向 各等压面上的脊线比

20、较一致，即为西南西-东北东走向。 （2）脊线随高度的变化 随着高度向高温区倾斜。 2 温度场 （1）高压区与高温区配合 即高温区与高压区基本一致，但温压中心不一定重叠.（2）副高区内的温度水平梯度一般比较小，边沿附近的温度梯度明显增大，特别北部和西北部更大。 （3）低层常有逆温层 3 湿度场（1）垂直分布 水汽含量不大，上干下湿. （2）水平分布 中间干燥，两边潮湿. 4风场（1）水平分布 脊线附近风速小，南北两侧风速大 .（2）垂直分布 随着高度增长，形成高空急流，北侧为西风急流，南侧为东风急流。（三）西太平洋副热带高压 1表达措施 1)采用固定值的特性等高线，代表形状和范畴：500hPa图

21、上用588位势米。2)用脊线代表位置。 2西副高随季节的变化 冬季位置最南，夏季最北，从冬到夏向北移动，强度增大；自夏至冬则向南移动，强度削弱。（四）西副高对国内天气的影响 1西副高影响下的天气 （1）脊线附近，多晴朗、炎热、微风天气 。 （2）北部边沿多阴雨天气，南部边沿多晴朗天气。（3）高压东部受北来冷气流影响，形成较厚逆温层，产生少云、干燥、多雾天气。2西副高对国内雨季的影响 （1）北部边沿常有一雨带 由于从印度洋来的西南暖气流与西风带气流及中纬度南下的冷空气在此相会，引起暖湿气流抬升，形成锋面，产生降雨。一般该降水带位于西太平洋副高脊线以北58个纬距，并随副高作季节性移动。 （2）对雨

22、季的影响 q 雨季一地区较长时间的持续降雨的一段时间。q 西副高随着季节的变化，有相对静止和突变两种状态。当呈现相对静止状态时，其北缘的雨带相对稳定于某一地区，该地区呈现雨季。当西副高忽然北移时，其北边的雨带也随着北移，因此雨季也就出目前另一地区。q 结论：国内的雨季与西副高的变化有着非常密切的关系。 二、热带天气系统 （一）热带辐合带 1.概念： 热带辐合带是南、北半球信风气流汇合形成的狭窄气流辐合带，又称赤道辐合带。 由于辐合带区的气压值比附近地区低，曾称赤道槽。2.类型： 季风辐合带 是在北半球夏季，由东北信风与赤道西风相遇形成的气流辐合带，由于这种辐合带活动于季风区，称季风辐合带； 信

23、风辐合带 是南、北半球信风直接交汇形成的辐合带，称信风辐合带. （二）热带气旋 热带气旋是形成于热带海洋上、具有暖心构造、强烈的气旋性涡旋。 1.分类： 热带低压 地面中心附近最大风速10.817.1m/s（风力67级）。 热带风暴 地面中心附近最大风速17.232.6m/s（即风力 811级）。其中地面中心附近最大风速24.532.6m/s（风力1011级）者，称强热带风暴。 台风 地面中心附近最大风速32.6m/s（即风力12级以上） 气候带和气候类型概述目前气候带与气候型的划分有多种措施 :1.实验分类法 根据大量观测记录，以某些气候要素的长期记录平均值及其季节变化，结合自然界的植物分布、土壤水分平衡、水文状况及自然景观等来划分气候带和气候型。柯本为这一大类的代表。 2.成因分类法 根据气候形成的辐射因子、环流因子和下垫面因子来划分气候带和气候型。斯查勒等为这一大类的代表。 国内的周淑贞等根据地球上辐射能的收支和世界大气环流的形势，以斯查勒的动力气候分类法为基本， 提出了划分的措施.